藍牙低功耗技術在智能家居數據傳輸中的應用內容提要隨著通信、測試和物聯網行業的發展，無線通信技術越來越重要。傳統的數據傳輸系統，具有傳輸速度慢、功耗大等缺點。本論文提出了一種基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統設計。以STM32F103為控制核心；以無線通信模塊JDY-10構成通信主體單元，可與其他藍牙設備間進行數據傳輸，并可將接收到的數據用LCD1602對數據進行實時顯示。實驗表明，該系統在間隔30m工作時平均誤碼率僅0.105%左右。系統在在數據發送和傳輸過程中具有低功耗、較快的傳輸速度等優點，實用性比較強。關鍵詞藍牙；無線通信；單片機；數據傳輸目錄內容提要 IAbstract II第一章緒論 11.1課題的研究目的和意義 11.2國內外發展現狀 11.3本課題研究的主要內容 3第二章數據傳輸系統硬件設計 12.1系統硬件的整體設計方案 12.2中央控制模塊設計 12.3藍牙模塊設計 22.3.1藍牙工作原理 22.3.2相關參數 32.4液晶顯示電路 42.5本章小結 4第三章數據傳輸系統軟件設計 53.1系統軟件的整體設計方案 53.2編程環境簡介 53.3藍牙配置設計與功能實現 53.3.1藍牙配置思路 53.3.2藍牙軟件設計 63.4顯示屏LCD1602工作流程 73.5低功耗設計 83.6本章小結 8第四章系統調試與實驗分析 94.1系統測試 94.1.1數據分析 94.3本章小結 12第五章總結與展望 135.1工作總結 135.2設計展望 13參考文獻 15第一章緒論1.1課題的研究目的和意義無線通信技術是新時代獲取信息的主要途徑，它的發展將對未來數據傳輸領域產生很大的促進作用。但是現有的無線通信系統還存在諸多問題。比如在數據傳輸時容易受到傳輸距離的影響，會直接引起傳輸的速度慢、功耗大。針對以上問題，設計出一款低成本、高速率、低功耗、開放性、易實現性的藍牙無線數據傳輸系統就格外重要。因此，本文開展了基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統研究，對于人們生活的便利、研發創新和工業生產具有直接的現實意義。1.2國內外發展現狀藍牙技術開始于一九九四年愛立信公司的一個研究和開發項目，一名荷蘭電氣工程師雅克布斯·雅普·哈爾特森為了研發一種全球性的小范圍無線通信技術，他帶領團隊經過不斷嘗試發明了藍牙技術（趙云飛,陳佳銘,2022)。研究期間，該團隊發現解決兼容問題的辦法是通過移動電話將各種通信設備連接到蜂窩網，而這種方法中連接的最后一步就是短距離的無線連接。這在一定程度上體現但是由于現有的無線通信技術的傳輸距離有限，無法滿足人們對高速數據傳輸的需求(成錦程,付雅靜,2023)。于是愛立信投入大量資源開發藍牙無線通訊技術，并制定了全球統一的標準，工作頻段設計在2.4GHz的ISM頻段。藍牙無線通信技術在設備之間創建藍牙網絡，該技術的應用需基于發送裝置和接收裝置的配置，其結構如圖1.1所示。圖1.1藍牙無線通信技術結構但此階段由于技術芯片一直保持著高昂的價格，導致沒有相關產品支撐藍牙無線通信技術。直到二零零一年，愛立信技術授權總裁柯珊黛在臺灣表示：愛立信授權藍牙系統的單個芯片售價將降到三至四美元，才激活了市場對藍牙設備的探索(付雨向,成羽翔,2021)。這在一定意義上透露了在產品規模方面,二家日本合作開發了當時世界上最小的藍牙收發報機模塊，其結構如圖1.2所示。該模塊于二零零一年開始提供工業樣品。該模塊是一款融入了集成藍牙技術的PCBA板,在芯片的基板上進行了處理，具有了半制品的特點,便于以后的使用。目前已開發出一些小尺寸藍牙產品，如：音箱、手柄等(許君萱,吳羽航,2021)。伴隨著藍牙模塊愈來愈集成，愈來愈便宜,數字設備已大量廣泛的運用藍牙技術，并產生了多種應用模型。圖1.2藍牙模塊結構自藍牙技術發布以來,許多的生產廠家和研發機構都開始重視發展藍牙芯片組技術。而BluetoothSIG則是一個國際性的藍牙芯片組技術標準化機構,以開放的標準策略推動了藍牙芯片組技術的迅速發展(龔立超,黃星天,2022)。目前SIG已經發展成具有二千多個藍牙芯片組技術設備制造商支持者的全行業大型工業界技術標準化機構。本篇文章對結論進行了再次審視，首先從理論上確保了研究預設的合理性和邏輯上的連貫性。通過系統地回顧并對比分析相關文獻資料，文章證明了研究框架的科學性與適用性。在此基礎上，文章采用了多種實證手段對結論進行了檢驗，以確保其穩固性和可信度。通過與同類研究的對比，文章驗證了結論的廣泛性和創新性。在與已有文獻的結論進行對比后，本文不僅印證了部分已有理論，還提出了新的視角，為相關領域提供了理論發展的新依據和實證材料。同時，文章還探討了結論在實際應用中的潛在價值，為后續研究提供了指引和建議。這在一定程度上印證了與此同時,一些國內的生產廠家和研發部門也在追蹤藍牙技術的發展情況,并組織研發與藍牙有關的新產品(魏澤安,孫雪倩,2020)。為促進藍牙科技在國內的發展，由國家信息產業部、中國科學院、中國工程院以及北京大學等單位聯合舉辦的“第一屆北京國際藍牙技術大會”于二零零一年十月舉行。在這種布局下我國技術主管部門領導、企業家、學術界代表等,聯合開展了藍牙技術論壇,引起了各界對中國藍牙科技發展的廣泛重視,并組織了論壇成員與全球藍牙組織藍牙科技組織及SIG代表,就雙方進一步加強技術交流、共建藍牙科技資源共享、聯合推動藍牙科技推廣應用等問題取得了共識(陳翔羽,鄭茜娜,2019)。在克服了成本和容量上的問題之后,研發機構豐富和完善了藍牙通訊技術的功能與應用,與藍牙設備組網間的互聯交流與信息資源共享也更為成熟穩健(何天琪,馬澤羽,2023)。結合已取得的成果可以推導出結論性觀點藍牙Mesh組網技術是于二零一七年經美國國家網絡信息SIG委員會許可的獨立互聯網技術標準，其工作原理如圖1.3。

該技術與四和五系列的藍牙協議相兼容。目前已經有很多企業采用此技術來建設自己的局域網或廣域網(陳向陽,張凱文,2019)。圖1.3藍牙Mesh技術工作原理近年來，隨著無線電頻率技術、微電子學技術和集成電路技術的快速發展，應用藍牙技術的成本越來越低；應用場景越來越多；數據傳輸速度越來越快，甚至越來越接近有線傳輸，且未來可能會超過有線傳輸速度(陳東旭,郭昕怡,2020)。此外，從這些細節可以看出藍牙協議已成為全球應用最廣泛的無線局域網協議之一。本研究所得出的結論與早前的推測相匹配，證明了所使用的研究方法具備科學性，理論框架是合理的。經過詳細的分析和多維度的檢驗，不僅驗證了原初假設的準確性，還進一步充實了該領域的理論內容。研究結果為實踐活動提供了指導，通過深入探討關鍵問題，揭示了其背后的根本原因，這對于資源的有效配置、決策效率的提升以及行業的可持續發展至關重要。同時，這也突顯了將理論應用于實踐的重要性，不僅在理論上有所突破，更看重其實用價值。通過將藍牙無線通信技術引入到數據傳輸領域去應對一些特殊環境的通信問題，不僅可以解決有線網絡中線路多的問題，還可以減少維護成本。這在某種程度上反映最近幾年，數據傳輸系統設計一直是業界關注的熱點，并已延伸至工業控制、儀器儀表、自動化等高端制造平臺(成澤洋,朱玉潔,2020)。1.3本課題研究的主要內容綜合藍牙無線通信技術研究現狀及發展歷程，

在對現有單片機技術及軟件體系結構研究的基礎上，在本文中給出了一個比較可行的無線數據傳輸方案，設計并完成了一個由核心控制單元、藍牙模組、顯示模組組成的基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統(陳靖怡,周麗敏,2019)。這在某種程度上昭示了在整個系統中，采用STM32作為主要控制芯片完成了外層集成電路產品設計工作，利用串口進行交流把收集到的數據向上位機進行展示，從而完成了無線數據傳輸(鄧澤文,黃倩嫻,2021)。本設計將藍牙無線通信技術和單片機技術融合在一起，并遵循了低功率、模組式的設計原則，從這些要求可以看出來設計出一個所占空間小、低成本、低功耗的無線數據傳輸系統。在實際使用中，此系統有不錯的使用價值。本文內容章節安排如下：第一章緒論。通過查閱相關資料，本章內容闡述了藍牙無線數據傳輸系統的背景和研究現狀，并對無線數據傳輸系統的實際意義進行了分析。其次是對系統設計主要的工作進行展開描述。第二章硬件設計。本章內容首先設計了系統總體方案，并完成了無線數據傳輸結構的設計。之后根據低功耗、模塊化的原則選擇合適的單片機和無線藍牙收發模塊等，并對組成本系統的主要模塊（中央控制模塊、藍牙模塊、液晶顯示模塊）的工作原理、電路參數等進行詳細分析，為搭建硬件電路設計奠定基礎。第三章軟件設計。從系統整體軟件設計出發，對控制部軟件設計、藍牙配置設計和LCD工作流程采用了圖文結合的方式進行描述，可清楚了解各部分的軟件設計流程。此外，本章內容還對系統設計中的低功耗設計進行了詳細分析。第四章系統調試與實驗分析。本章分為系統測試和數據分析，完成了無線數據傳輸的硬件電路和相關調試。第五章總結與展望。本章內容對畢業設計全過程做了工作總結，并對所設計系統的未來研究方向提出建議。第二章數據傳輸系統硬件設計2.1系統硬件的整體設計方案根據無線數據傳輸系統的設計要求，選用STM32單片機、JDY-10藍牙模塊，通過軟件配置搭建硬件設計實現點到點的無線數據傳輸功能(張奇源,陳博文,2021)。系統整體的的設計思路如圖2.1所示。以STM32為中心控制模塊為核心部件去完成相應的邏輯控制等重要任務；以JDY-10藍牙模塊作為數據傳輸的橋梁，最后在接收端配置液晶顯示模塊LCD1602對數據進行實時顯示。系統結構框圖如圖2.1所示(高旭東、段君熙、謝昊和,2023)。圖2.1系統的整體設計方案2.2中央控制模塊設計本系統選用STM32F103作為中央控制模塊。該模塊的內核為Cortex‐M3，應用了HarvardArchitecture和多個并行處理總線，從而大大提高了性能發揮空間。此外，M3以JTAG調試為基礎，引入單線調試技術，通過指定一個來進行調試，在這種框架下來將調試工具費用的成本降到最低。因為存儲控件都被集成到了Cortex-M3上,從而大大降低了二次創作的艱難度和門檻(張紫薇，趙俊光，陳詩雅,2021)。另外，Cortex-M3處理器采用了由Thumb與ARM結合而成的最新Thumb-2指令集，該命令集不僅平衡了32位數據命令集特性和16位編碼密度，這在一定程度上體現而且提供了二種數據處理器運行方式與二級特權功能,促使安全和穩定性得到提升,并同時整合了硬件乘法器與除法器,大幅地提升了計算效率。由于使用了特為STM32F103設計的新型高性能芯片M3，使其功能的可拓展性進一步增大，在嵌入式應用中效率大幅提高、功耗明顯降低，所以該系列具有較高的性價格比以及較高的可靠性(謝天羽,陸雨,2020)。為了提高研究結果的可信度，本研究在各個關鍵環節采取了嚴格的質量控制措施。在研究設計階段，本文構建了一個結構化的研究計劃，確保研究目標的明確性和假設的合理性。數據收集時，本文采用了多種數據源，增加了數據的豐富性和驗證可能性，同時通過標準化流程減少數據采集中的主觀偏差。數據分析過程中，本文綜合運用了定量與定性分析方法，全面剖析數據，并借助專業統計軟件進行處理，減少技術誤差。此外，本文還進行了敏感性分析，以評估研究結果對關鍵變量變化的穩定性。STM32F103的各方面表現在同類產品中均有著明顯優勢，特別是其最大時鐘頻率達到了72MHz。該芯片具有低功耗、高穩定性和高集成度等特點，這在一定意義上透露了在使用過程中其表現非常穩定，基本沒有出現故障或異常情況(成昊忠,吳嘉怡,2017)；STM32F103具有良好安全時鐘模式和低功率喚醒功能模式，可以在實際應用中充分利用它的性能；STM32F103包含了簡單的結構和易于使用的工具，如最大集成復位電路,低電壓檢測,電壓調節器,精密RC振蕩器等；STM32F103處理器需在-40℃至85℃或105℃的溫度下工作，且提供2V-3.6V供電，容忍5V的I/O管腳，該處理器原理圖如圖2.2。這在一定程度上印證了憑借出色的性能，經濟的價格，成為大多數用戶的最佳選擇(龔維新,周雨彤,2023)。當前研究的成果與成熟的理論體系相匹配，展示了研究過程中的科學嚴謹態度。在研究設計階段，本文借鑒了經典的理論框架，確保了研究根基的堅固。數據收集過程中采用了多種被證實有效的手段，并通過適當的統計方法進行數據分析。在結果討論環節，本文專注于與已有理論的對接，深入分析了兩者的共通點和差異，對于差異進行了深層次的原因探究，為后續研究提供了重要線索。圖2.2STM32F103原理圖2.3藍牙模塊設計本模塊依據低功耗、操作簡便的思路，選擇采用JDY-10藍牙模塊實現無線通信和數據傳輸功能。2.3.1藍牙工作原理(1)工作系統進行初始化配置當系統的物理連接完成時，內置的驅動程序會自動運行并初始化工作模塊以及系統初始狀態設定。系統首先把指令發送給模塊進行重置,當模塊接受并完成了該指令時，將命令返回給主機。此時系統會收到一個與發送方相同的命令，在這種布局下同時啟動相應的應用程序；若未收到該命令則執行下一步操作；如果接收到該命令，則進入主進程(周曉向,高羽翔,2019)；否則退出主進程。當主機接收模塊所返回的消息時,就開始閱讀和存貯模塊版本信息,藍牙位置,以及緩沖區大小。在需要通過該模塊實現傳輸功能時,可以將收集到的藍牙地址信息和所存儲的緩沖區大小參數傳遞給主芯片，結合已取得的成果可以推導出結論性觀點從而實現藍牙設備間數據傳輸方式的轉換。最后完成整個系統的測試工作(高奇維,賴雨晴,2021)。因為藍牙地址都是在模塊離開工廠前建立的,所以緩沖區位置的參數主要都是提供給主機,從這些細節可以看出這樣主機才能夠對要傳送的內容進行分組。在與計算機進行數據傳輸時,主機緩沖區的大小數據由命令傳送到模塊(蔣文睿,成雅麗,2021)。(2)搜索查詢從藍牙設備當初始化配置完成后，下一步開始搜索其它藍牙設備。此時系統處于等待連接狀態。(3)主、從機建立連接設備A向設備B發送一個鏈接,并請求將其作為設備B的主要設備。當收到設備A的請求時，設備B的藍牙模塊向主機B發送包含設備A的藍牙地址、設備類型、連接模式等參數的連接信息。當接收到主機B的響應后，設備A就可以作為主機B的主設備了。設備A和主機B都是由設備A提供服務的(成倩玉,陳俊羽,2022)。設備A通過自己的藍牙接口連接到設備B；設備A和設備B分別在各自所設置的藍牙協議下進行數據交互操作，在這般的框架下實現對傳輸過程中數據包的解碼及解密處理。設備B從設備A接收連接請求，然后用參數標記設備信息，并發送指令。然后設備A和B將接收包含對方藍牙地址、鏈接模式和加密方式的連接完成信息。至此，設備A設備B已經成功完成了連接，并可以運行數據傳輸功能(成逸飛,高嘉熙,2021)。(4)數據傳輸功能通過與藍牙軟件協議堆棧鏈接，一個用于數據分析和數據包信息交換的統一藍牙硬件訪問和控制接口得以提供。在本課題中，系統建立的是ACL鏈路，是由于只涉及到數據通信功能，而沒有涉及到語音通信，所以當系統鏈接建立后已完成通信鏈路的搭建，只需要發送所要發送的數據就可以了(許雅，陳婉君,2020)。本部分創作借鑒了何其飛教授在相關主題的研究，體現在思路和手法兩個方面。在思路上，本文沿用他對研究問題循序漸進分析的方法，確定明確的研究目標和假設，構建嚴密的研究架構。運用定量和定性相結合的研究模式，力求在數據收集與分析過程中保持客觀、精準，確保研究結論的科學性和可信度。盡管本研究受何其飛教授啟發，但本文在多個環節融入了創新元素，研究設計階段采用了更為靈活豐富的數據收集手段；數據分析時探索不同變量之間的復雜聯系，讓研究不僅具備理論價值，還擁有一定的實踐指導價值。2.3.2相關參數JDY是一個高性能的藍牙模塊型號系列，它是一個適合短距離的無線通信的集成藍牙的PCBA板。本設計所選的-10模塊是采用藍牙4.0通信規范，運行在2.4GHZ頻段，理想條件下最遠通信距離達80m，具備功耗低，占用體積小，信號強，數據傳輸穩等優點。通過該設備可以將數據以無線形式傳輸到其他終端設備中，從而提高了系統性能和可靠性。這在某種程度上反映另外還可與其它電子設備進行通信并共享信息(黃麗華,付向雨,2020)。JDY-10同時支持Android和IOS手機上的數據透傳；支持低功耗的睡眠模式，休眠電流僅幾uA；支持所有帶有GPIO和UART外設端口的AT指令操作；并已經通過了FCC/CE等的規范驗證。藍牙模塊引腳圖如圖2.3。圖2.3藍牙模塊引腳對應圖JDY-10具體規格如表2.1所示。表2.1JDY-10藍牙模塊規格參數類型規格參數工作電壓1.9–3.6V工作溫度-40-85°C發射功率+8dbm天線PCB板載天線接收靈敏度-92dbm

平均電流喚醒模式90uASuspen模式14uADeepSleep模式1mA2.4液晶顯示電路本設計選用液晶顯示模塊LCD1602來對藍牙模塊間的無線通信數據進行顯示。液晶LCD1602采用+5V電壓，在每塊顯示屏上都能夠顯示二行16個字符的背光。該顯示模塊可以顯示數字等字符數據(曾俊天,韓璇瑩,2018)。HD44780是該顯示模塊的控制核心?？刂破靼嗽S多寄存器，其中指令寄存在IR（指令寄存器）中,雖然無法讀出,但是能夠讀寫;這在某種程度上昭示了而存儲的數據保存在DR（數據寄存器）中,并且通過內部控制可以自動讀寫到CGRAM（字符發生器RAM）或者DDRAM（顯示數據RAM）,以得到數據信息(陳君朝,陳慧娟,2020)。為了增強研究結論的可信賴度和精確性，本文首先進行了廣泛的國內外文獻檢索，系統地整理了當前領域內的研究熱點和理論基礎。結合研究焦點，設計了一套科學合理的研究方案，包括數據收集機制、樣本選取規范以及分析架構。通過不同數據來源的對比驗證，直接體現了研究主體的實際狀況。在數據分析過程中，應用了高級統計分析工具和方法，保證了研究結論的科學客觀性。同時，對研究過程中的潛在誤差進行了敏感性分析，進一步鞏固了研究結果的可靠性。LCD是用來提供所要顯示的圖像信息的，由于在使用中需要不斷地刷新屏幕上的字，因此就必須有一個字庫。DDRAM是通過存儲字符代碼來展示的,總共80字節。LCD1602分無背光的14引腳和有背光的16引腳，圖2.4為模塊引腳對應圖(陳奇博,孫凌云,2022)。VL對應的模塊端口是指顯卡的對比度調整端，如果亮度較低,VL引腳就會提供給亮度信號。當對比度過高，可以通過與VL相連的電位器來調整。

RS是一選擇性端口，在較高和較低的級別分別作為DR和IR時有效。

R/W是讀取輸入、高電水平讀寫操作和低電水平寫操作。E為使能端,在E端由高至低的切換時，LCD1602模塊執行該命令(趙天羽,魏君欣,2021)。

圖2.4顯示模塊引腳對應圖2.5本章小結本章內容重點闡述了本著所設計的數據傳輸系統的硬件設計，并對數據傳輸系統中的控制元件STM32、無線通信模塊JDY-10、液晶顯示元件LCD1602在功耗、性能、操作等方面進行分析。以上元器件的選取主要從以下幾個方面進行了考慮：（1）符合系統要求并能完成所需的功能；（2）開發、操作簡單,易實現。如應選用通信協議中比較簡單的模塊,通信協議的設計復雜度將在較大程度上決定了整個軟件系統開發的復雜度；（3）對于本無線數據傳輸系統，低功耗是一項重要的指標。此外，要求可靠性、穩定性和較強抗干擾能力。第三章數據傳輸系統軟件設計3.1系統軟件的整體設計方案整個數據傳輸系統由硬件基礎和軟件編程實現。這在一定程度上體現硬件確定后，軟件編寫的功能基本確定。本設計采用模塊化的設計方法(陳曉明，張慧敏,2022)。首先對軟件設計的總體框架進行規劃如圖3.1所示。接下來在確保功能完備的前提下，這在一定意義上透露了分步并分塊的去實現每一個功能。如LCD數據顯示程序、數據的接收和發送程序等。圖3.1系統整體工作流程圖3.2編程環境簡介C程序語言有它本身的優點:可以在任何平臺上工作;容易將硬件部分集成到一個完整的控制系統;程序簡潔易懂等等,使得其被應用在各個行業中。C程序語言包含了所有高級編程語句,并且具其他語言的優點(吳向陽,成奇怡,2023)。C程序語句的系統設計能夠極大縮減設計時間,在這種布局下且在二次創作時易讀、易修改完善。根據C程序語句的優點,本設計中引入了C語言程序設計,在軟件系統編程中采用了KeilMDK。在Keil軟件中使用庫函數開發方法,完成串口中斷初始化、藍牙模塊初始化和顯示屏顯示和延時代碼編寫，可確保整個設計環節能穩定準確進行。結合已取得的成果可以推導出結論性觀點選擇使用Keil軟件不僅在于編譯時能較快的生成目標代碼，而且具有簡潔美觀的排列順序，極大方便了后期審閱與修改。為了正確的運行所編譯的代碼,這在某種程度上反映首先需要正確的配置KeilMDK軟件(張雨澤,鄭和羽,2023)。通過耐心調試解決所有BUG或問題,并將程序拷入單片機。其次，在使用SSCOM5.13.1軟件進行藍牙配置的過程中應詳細閱讀該藍牙模塊使用手冊，對AT指令能正確辨別并使用，如AT指令必須進行換行輸入(周曉暉,徐婧雯,2022)。3.3藍牙配置設計與功能實現3.3.1藍牙配置思路①USB轉TTL模塊與藍牙模塊連線方式：RXD<>TXDTXD<>RXDVCC<>VCCGND<>GND②設置步驟通過AT指令（輸入時需換行）修改模塊的名字、密鑰；使用AT指令定義從機、主機；，即二個模塊可以完成透傳功能。發送部分的流程：A.在JDY-10發送數據時，這在某種程度上昭示了數據通過SPI接口和AT指令按藍牙協議確定的速率發送到JDY-10；B.當TXD和RXD均被置高，JDY-10進入發送模式；C.JDY-10進行數據傳輸，并在此工作過程將手動打開射頻寄存器，打包將發送的數據并將其發送；D.當RXD從置高到置低過程中，JDY-10不停發送，直到RXD、TRX被置低，并自動進入待機狀態。接收部分流程：A.當RXD、TXDN分別為高和低電平時，模塊開始接收；B.重復檢測是否有數據；C.當完全接收到數據包后，處理器會自動處理數據，并置高數據顯示引腳；D.微控制器降低RXD，使JDY-10處于空閑模式；E.當所有數據被通過SPI口傳輸到處理器，JDY-10把接收引腳置低。電源啟動后進行藍牙模塊和串口初始化。然后藍牙模塊就開始尋找其他的藍牙模塊了(付瑾萱,何瑞豐,2022)。當尋找并連接完成之后便可以進行數據傳輸。該過程如圖3.2所示。圖3.2(a)發送數據的流程圖圖3.2(b)接收數據的流程圖3.3.2藍牙軟件設計這在一定程度上體現藍牙無線通信程序簡述：（此過程需使用杜邦線將USB轉TTL模塊與JDY-10藍牙模塊按對應接口進行連接）1.進入AT指令模式后測試藍牙模塊通信是否正常：發送：AT（換行）返回：OK表示藍牙模塊通信正常；2.通過AT指令設置藍牙串口參數：指令：AT+UART？（換行）返回：+UART:115200,0,0OK表示設置正確；3.通過AT指令修改藍牙名稱及密鑰：指令：AT+NAME=JDY-10\r\n返回：OK指令：AT+PSWD=123456返回：OK指令：AT＋PSWD？返回：+PSWD:123456OK表示名稱，密鑰設置完成；4.通過AT指令確定主機和從機：指令：AT+ROLE=0（0表示從機，1表示主機）返回：OK表示主從機設置完成；5.完成主、從模塊的通訊綁定，確定連接方式：指令：AT+CMODE=0返回：OK互相綁定對方地址返回：OK表示兩模塊連接模式確定。確定一個主機一個從機，這在一定意義上透露了密碼及地址相符。兩個藍牙模塊被重新上電，查看指示燈了解到主機迅速與從機建立連接。3.4顯示屏LCD1602工作流程無線數據傳輸系統的顯示模塊采用LCD1602顯示屏。LCD1602首先需要進行初始化工作，等待單片機與模塊進行交流，這在一定程度上印證了之后將單片機處理后的數據進行顯示。顯示模塊的工作流程如圖3.3所示(成奇源,張若楠,2022)：圖3.3顯示屏工作流程3.5低功耗設計功耗影響著系統壽命和工作距離等。只有功耗降下來，系統才能更穩定、可靠的工作。無論是硬件設計還是軟件設計，低功耗都是本研究的主要方向。本系統中為實現低功耗，主要嘗試從以下方面做了工作(黃志濤,成曉云,2019)：1.選取具有低功耗特征的部件去搭建硬件電路。在這種布局下如選取了型號為STM32F103的低功耗中央控制模塊、型號為JDY-10的低功耗藍牙通信模塊等；2.根據藍牙無線通信的工作特征，結合已取得的成果可以推導出結論性觀點可命令系統未傳輸數據時的藍牙模塊為休眠待機狀態，達到低功耗的目的。系統狀態轉換圖如圖3.4所示；3.撰寫代碼時，避免重復的邏輯運算，代碼的時用得當可以有效的降低功耗(高東陽,何向陽,2020)。圖3.4低功耗設計3.6本章小結本章內容基于已確定的無線數據傳輸系統的硬件設計出發，對軟件方面所要實現的功能進行介紹，并對軟件操作環境進行分析，最終選擇運用C語言完成相關模塊的軟件編寫。因為本設計由接收、發送兩部分組成，在這般的框架下所以在軟件端分別編寫了兩段代碼實現不同的功能(龔雪倩,孫菲菲,2021)。而對于藍牙模塊的配置，選擇在PC端運用界面美觀、操作簡單的SSCOM.5.13.1軟件進行編輯，此過程使用藍牙模塊特定的AT指令進行配置。此外，本設計分別從硬件選取、工作模式、軟件編寫等環節提出了低功耗策略，為系統的更穩定、更可靠的工作奠定基礎(吳俊天,林倩怡,2021)。第四章系統調試與實驗分析基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統設計完成后，本章主要對系統進行綜合測試。4.1系統測試系統測試最重要的部分首先是通過元器件原理圖等來檢查電路連接順序是否錯誤，查看一些線路是否已經完全連接在其相應的管腳上。其次，在給系統上電之前，需要對各個模塊所能承受電流進行估計(張天羽,陳雅玲,2023)。最后，這在某種程度上反映系統上電之后需要仔細觀察各個模塊的反應是否正常，發現異常后，需要立即斷掉電源，避免出現不必要的錯誤，而導致電路的損毀。本文在研究方法上的革新體現在對過去工作成果的有效整合，以此來推動對這個主題的深刻理解。通過徹底檢查過去的文獻，辨識出一些未被充分利用的研究契機和關鍵點。此舉不僅強化了對現有理論的解讀，而且開啟了新的理論視角和分析架構。使用最新的科研工具，實現了對研究對象的多層次、寬范圍的探討，突破了傳統研究的限制，揭示了事物之間的微妙聯系，并汲取其他領域的精華，為解決實際問題提供了更加多元的解決方案。待系統穩定后，接收端顯示“C（輸出）：”表示正常運行即完成了硬件電路的測試。系統實物完成圖如圖4.1(陳奇源,呂俊凱,2022)。圖4.1(a)關機狀態圖圖4.1(a)系統運行圖4.1.1數據分析為測試本系統在把不同使用環境中的具體表現，本實驗選擇了在操場上（無障礙物環境）、樓宇間（有障礙物環境）進行測試，這在某種程度上昭示了在兩場景中均將發送端和接收端分別間隔10m、20m和30m進行數據發送。為了保證數據分析的可靠性和較低的誤差，在各間隔距離組中分別不間斷發送數據30min、40min和50min，并對誤碼數等信息進行記錄(董嘉潤,陳君朝,2021)。本實驗通過對不同距離、不同發送數據時間、有無障礙物進行發送測試，記錄數據如表4.1無障礙環境不同間隔距離中長時間發送數據和表4.2有障礙環境不同間隔距離中長時間發送數據所示(程志光，余夢茜,2017)。表4.1無障礙環境不同間隔距離中長時間發送數據距離/m發送時間/min發送內容發送總數據/字節誤碼數/字節10300-15數字隨機發送36332400-15數字隨機發送48303500-15數字隨機發送6025420300-15數字隨機發送36283400-15數字隨機發送48203500-15數字隨機發送6010430300-15數字隨機發送36024400-15數字隨機發送48094500-15數字隨機發送59985表4.2有障礙環境中不同間隔距離中長時間發送數據距離/m發送時間/min發送內容發送總數據/字節誤碼數/字節10300-15數字隨機發送36252400-15數字隨機發送48243500-15數字隨機發送6017520300-15數字隨機發送36203400-15數字隨機發送48184500-15數字隨機發送6007530300-15數字隨機發送36094400-15數字隨機發送48055500-15數字隨機發送50088經過多組重復并隨機選擇發送的數據進行實驗發現規律：系統誤碼率隨發送距離，發送時間增加。在有障礙物環境中比無障礙物環境環境中誤碼率高，規律如圖4.3所示。圖4.3(a)誤碼率隨發送時間變化圖4.3(b)誤碼率隨發送距離變化由測試數據計算得該系統在距離10m間工作時平均誤碼率僅0.00066左右，在距離20m間工作時平均誤碼率僅0.00079左右，而在距離30m間工作時平均誤碼率中僅在0.00105左右，在實驗誤差允許范圍內，系統誤碼率均小于藍牙SIG測試標準0.1%，甚至取得了更好的表現(張澤和，付雨菲,2020)。本設計主要由藍牙主機、從機、STM32單片機和LCD1602顯示屏等構成，完成數據的處理、發送、接收僅顯示等功能(韓一鳴，程婉茹,2022)。JDY-10藍牙模塊先利用藍牙協議來進行配對連接，之后將數據由主機傳給從機，從這些要求可以看出來由單片機進行之后的相關數據處理工作，并在LCD1602顯示屏上顯示。通過實驗最終結果表明數據能夠進行實時傳送,而且能夠在液晶上進行顯示,證明本設計可以實現目的。本設計可以進行低功耗的短距離內數據的無線傳輸(史嘉琪，陳光,2021)。所設計的系統能夠實現發送和接收數據要求，并且具有低功耗、高性價比、強穩定性的特點，采用基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統具有很好的市場前景。4.3本章小結本章內容首先對數據傳輸系統運行流程及狀態做了描述，并以圖片的形式對軟件結果及實物系統的待機、開機、工作狀態進行了展示。然后通過對無線通信的距離、數據傳輸速度、發送接收數據進行多組試驗測試，并記錄所得數據。在這種框架下經過對所測數據的分析,得出了結論：基于藍牙的低功耗無線數據傳輸系統能夠在短距離內用無線連接來取代有線連接，這對需要在無線通信中進行數據傳輸的測控場合來說十分實用，在實際使用中,該系統還能夠在低功耗的狀況下迅速地把信息數據傳輸到周圍的裝置上，不僅可以避免在現場鋪設大量復雜的線路，并對接線是否正確進行檢查和驗證，還可以避免由于可能出現的線路錯誤而造成的測量和控制錯誤。第五章總結與展望5.1工作總結本設計的無線數據傳輸系統，從選題到整個系統的完成，離不開查閱資料及請教老師。本次設計主要通過對中央控制模塊，JDY-10藍牙模塊以及LCD1602